电子MATLAB课程研究

本文作者：黄高飞 郑晖 唐冬 单位：广州大学机械与电气工程学院

很多学生对从非常紧张的高中学习转入过于轻松的大学学习，感到无所适从，久而久之，养成了时间松散和学习态度懒散的习惯，对学生的后续学习和学习能力培养非常不利。因此，把一些原来在高年级开设的课程调整至一年级开设，是非常必要的。其中，考虑到MATLAB课程的学习内容和课程性质，把MATLAB课程调整至大学一年级开设是可行的，但其教学内容也必须作出相应的修改和调整，以与新的学习环境相适应。本文主要围绕大学一年级开设MATLAB课程的教学内容和实验项目设置进行探讨，以为MATLAB课程的基础和入门学习提供可行的教学方案。

由于大学一年级还没有开设专业课程，因此，如何设置相应的教学内容，使学生学习MATLAB课程的过程中不会因为不具备专业知识而感到学习困难，同时又为后续的专业课学习中使用MATLAB提供必要的基础，是一个需要认真考虑的问题。下面围绕大学一年级的学习课程以及MATLAB包含的学习内容，讨论MATLAB课程的教学内容设置方案。大学一年级课程开设情况分析大学一年级开设的课程以公共课为主，包括高等数学、计算机基础、大学物理和英语等。由于课程数量相对较少，学生需要上课学习的时间相对就比较宽松。一般来说，一个星期内学习不需上课的时间大致为2天的学时。结合相关课程的开设情况，下面具体分析MATLAB课程在大学一年级开设的条件和环境。

首先，MATLAB软件平台的使用环境很友好，因此，用户不需具备过于复杂的软件使用经验，就可以在短时间内掌握其相应组件功能和使用方法。由于大学一年级开设了计算机基础，因此，学生可以很快地熟悉MATLAB软件的安装和运行方法，并经过老师讲解后可快速掌握其各个组件的功能和使用方法。其次，高等数学的学习内容为微积分，可以为MATLAB课程的符号计算和数学计算的学习提供相应的基础。最后，也有部分院校的电子信息工程专业把C语言课程也放至大学一年级讲授和学习，而MATLAB语言比C语言更加容易理解，两种语言的同步学习，通过对比可以更快地掌握这些语言的编程方法和要点，有助于两门课程的互相促进学习。

综上所述，在大学一年级开设MATLAB课程的条件是充分的，而且是完全可行的。其学习不仅可以解决高年级学习课程过多、时间过紧的问题，而且可以通过让学生较早地掌握MATLAB这一应用工具，在后续的相关课程学习中结合相关课程的内容加以应用，可以提高学生学习相关课程的兴趣，帮助学生掌握相关课程的基础知识，并能真正掌握和熟练MATLAB的使用方法和应用技巧，起到事半功倍的效果。MATLAB教学内容设置MATLAB是一个功能强大的软件平台，包含了可以应用于工程应用的各个领域的工具箱，因此，学生不可能通过一门MATLAB课程学习和掌握MATLAB的所有相关内容。由此，在大学一年级选择MATLAB课程讲授内容，使学生在后续的专业学习中使用MATLAB时具有相应的基础，是一个很有挑战性的工作。下面结合电子信息工程专业，详细分析MATLAB课程学习的相关教学内容。MATLAB软件平台各个组件的功能以及图形界面是使用MATLAB的最基本内容，因此，无论在什么专业领域使用MATLAB，都必须学习和掌握这部分内容，电子与信息工程也不例外。

在此，把这部分内容称之为MATLAB基础，其包括MATLAB的安装与启动、指令窗（commandwindow）的使用、历史指令窗（commandhistory）的使用、当前目录（currentdirectory）和路径设置器的使用、工作空间（workspace）浏览器的使用、M文件编辑器的使用以及帮助系统的使用[2]。其中，指令窗、当前目录和路径设置器、工作空间浏览器是重点需要掌握的内容，因为熟练掌握这些内容才能在工程应用中灵活使用MATLAB解决问题，是学习MATLAB基础必须掌握的内容。指令窗的讲授内容包括数值、变量和表达式的表示方法、指令窗的显示方式、指令行中的标点符号、指令窗的常用控制指令、指令窗中指令行的编辑等内容。当前目录和路径设置器的讲授内容包括当前目录的设置方法、MATLAB的搜索路径以及使用路径设置器进行路径扩展等。工作空间浏览器讲授内容包括工作空间浏览器的作用、MATLAB管理变量的方法、变量的有效时长、数据文件和变量的存取等。

电子与信息工程专业使用MATLAB主要用于系统设计、信号分析与处理、通信系统仿真以及数据可视化，与其相关的后续课程包括信号与系统、数字信号处理、通信系统原理以及数字图像处理等。这些课程使用MATLAB主要借助于M文件编程完成。因此，作为MATLAB课程学习和讲授的第二部分内容，应围绕M文件编写以及M文件程序的调试与执行进行。与这部分内容相关的讲授内容包括数值数组及向量化运算、M文件编程、数据和函数的可视化等相关章节。数值数组及向量化运算是使用M文件编程进行电子信息工程专业相关工作的基础，也是需重点学习的章节，其内容包括一维数组和二维数组的创建与寻访、数组运算等。M文件编程是MATLAB课程学习的重点和难点，其内容包括MATLAB控制流、M脚本文件和M函数文件的编写、MATLAB函数类别、MATLAB函数句柄等。

这部分内容与C语言有类似之处，但也存在许多不同的地方，讲授过程中应引导学生与C语言进行对比，从而可以更好地掌握MATLAB编程方法。此外，讲授这部分内容时，也应当重点讲解MATLAB程序的调试方法和技巧，因为与C语言的编译环境不同，MATLAB提供了许多更加方便的程序调试环境，包括当前目录与路径设置器、工作空间浏览器等，都是程序调试可以利用的重要组件，熟练掌握和利用这些工具，是程序调试的一个重要环节。数据可视化是MATLAB软件平台提供的一个重要功能，也是电子信息工程专业必须学习的内容，例如信号和系统的频谱分析等，都必须以图形可视化的方式进行。数据可视化主要讲授二维曲线和图形的绘图方法和相关指令，三维曲线和图形的绘图方法可由学生以自学的方式学习。

MATLAB软件平台应用于解决数学问题，是MATLAB课程需讲授的第三部分内容。作为电子信息工程专业的学生，使用MATLAB解决数学问题的重要性不是很大，因此这部分内容可作为讲授的次重点内容。讲授这部分内容的主要目标是为了让学生了解MATLAB解决数学问题的主要方法、步骤和基本思路，并在学习的高等数学、线性代数和概率论课程中加以应用，以更熟练地掌握MATLAB的使用。这部分内容主要包括符号计算和数值计算等章节，其中符号计算需讲授符号对象和符号表达式的创建方法、符号微积分、微分方程的符号解法等内容，数值计算则需讲授数值微积分和多项式运算等内容。如果学生还没有学习傅里叶变换、概率论和线性代数课程的，可在讲解这部分内容时不讲授相关章节，待学生在学习后续课程时通过自学的方式掌握。